Transmisión de datos digitales: interfaces y módems · 2004-11-22 · aplicaciones de alta velocidad como la transmisión de datos de una computadora a otra. La sincronización

Una vez codificada la información en un formato que se puede transmitir, el paso siguientees investigar el proceso de transmisión en sí mismo. El equipo de procesamiento de la infor-mación genera señales codificadas, pero habitualmente necesita asistencia para transmitirestas señales a través de un enlace de comunicación. Por ejemplo, una PC genera una señaldigital pero necesita un dispositivo adicional para modular una frecuencia portadora antes depoder enviar los datos por una línea telefónica. ¿Cómo se entregan los datos codificados deldispositivo generador al siguiente dispositivo de procesamiento? La respuesta es un conjun-to de cables, un tipo de enlace de minicomunicación, denominado interfaz.

Debido a que la interfaz enlaza dos dispositivos no necesariamente hechos por el mismofabricante, es necesario definir bien sus características y establecer estándares. Las caracte-rísticas de una interfaz incluyen sus especificaciones mecánicas (cuántos cables se usan paratransportar la señal), sus especificaciones eléctricas (la amplitud, la frecuencia y la fase de laseñal esperada) y sus especificaciones funcionales (si se usan múltiples cables, ¿qué hacecada uno de ellos?). Todas estas características se describen en varios estándares populares y están incluidas en el nivel físico del modelo OSI.

6.1. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALESEl cableado es de importancia primordial cuando se considera la transmisión de datos digi-tales de un dispositivo a otro, y de importancia primordial cuando se piensa en los cables esel flujo de datos. ¿Se envía un bit cada vez o se unen los bits en grupos mayores, y si es asícómo? La transmisión de datos binarios por un enlace se puede llevar a cabo en modo para-lelo o en modo serie. En el modo paralelo, se envían varios bits con cada pulso de reloj. Enel modo serie, solamente se envía un bit con cada pulso de reloj. Mientras que hay una úni-ca forma de transmitir los datos en paralelo, hay dos subclases de transmisión serie: síncro-na y asíncrona (véase la Figura 6.1).

Transmisión paralelaLos datos binarios, formados por unos y ceros, se pueden organizar en grupos de n bits cada uno.Las computadoras producen y consumen datos en grupos de bits de forma similar a como se con-ciben y usan las palabras, y no las letras, en el lenguaje hablado. Agrupando los datos, se puedenenviar n bits al mismo tiempo en lugar de uno solo. Esto se denomina transmisión paralela.

CAPÍTULO 6

Transmisión de datos digitales: interfaces y módems

133

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El mecanismo de la transmisión paralela es conceptualmente sencillo: usar n hilos paraenviar n bits cada vez. De esa forma cada bit tiene su propio hilo y todos los n bits de un gru-po se pueden transmitir con cada pulso de reloj de un dispositivo a otro. La Figura 6.2 mues-tra cómo funciona la transmisión paralela para n = 8. Habitualmente, los ocho hilos están agru-pados en un cable con un conector a cada extremo.

134 TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES

Transmisión de datos

Paralela Serie

AsíncronaSíncrona

Figura 6.1. Transmisión de datos.

Los ocho bits se entregan juntos

Se necesitan ocho líneas

Emisor Receptor

01100010

Figura 6.2. Transmisión paralela.

01100010

Los ocho bits se envíanuno detrás de otro

Sólo se necesitauna línea (hilo)

Conversorparalelo/serie

Conversorserie/parelela

Emisor Receptor

01100010

0 1 1 0 0 0 1 0

Figura 6.3. Transmisión serie.


La ventaja de la transmisión paralela es la velocidad. Aunque todo sea igual, la transmi-sión paralela puede incrementar la velocidad de transferencia en un factor de n sobre la trans-misión serie. Sin embargo, hay una desventaja significativa: el coste. La transmisión parale-la requiere n líneas de comunicación (los hilos del ejemplo) para transmitir el flujo de datos.Debido a que esto es caro, el uso de la transmisión paralela se limita habitualmente a distan-cias cortas.

Transmisión serieEn la transmisión serie un bit sigue a otro, por lo que solamente se necesita un canal de comu-nicación, en lugar de n, para transmitir datos entre dos dispositivos (véase la Figura 6.3).

La ventaja de la transmisión serie sobre la transmisión paralela es que, al tener un únicocanal de comunicación, la transmisión serie reduce el coste de transmisión sobre la paralelaen un factor de n.

Puesto que la comunicación dentro de los dispositivos es paralela, es necesario usar dis-positivos de conversión en la interfaz entre el emisor y la línea (paralelo a serie) y entre la líneay el receptor (serie a paralelo).

La transmisión serie puede llevarse a cabo de dos maneras: asíncrona y síncrona.

Transmisión asíncrona

La transmisión asíncrona se denomina así debido a que la temporización de la señal no esimportante. En lugar de ella, la información se recibe y se traduce usando patrones acorda-dos. Siempre que se sigan estos patrones, el dispositivo de recepción puede recuperar la infor-mación sin tener en cuenta el ritmo al que llega. Los patrones se basan en agrupar el flujo debits en bytes. Cada grupo, habitualmente de ocho bits, se envía a lo largo de un enlace comouna unidad. El sistema que lo envía gestiona cada grupo independientemente, entregándoloal enlace en cuanto está listo, sin tener en cuenta ninguna temporización.

Sin la existencia de un pulso de sincronización, el receptor no puede usar el tiempo parapredecir cuándo va a llegar el grupo siguiente. Por ello, para avisar al receptor de la llegadade un nuevo grupo se añade un bit extra al principio de cada byte. Este bit, habitualmente uncero, se denomina bit de inicio. Para permitir al receptor conocer que el byte ha terminado,se añaden uno o varios bits adicionales al final de cada byte. Estos bits, habitualmente unos,se denominan bits de parada. Usando este método, el tamaño de cada byte se incrementa has-ta al menos diez bits, de los cuales ocho son información y dos, o más, son señales para elreceptor. Además, la transmisión de cada byte puede venir seguida por un intervalo de dura-ción variable. Este intervalo se puede representar mediante un canal vacío o mediante unacadena de bits de parada adicionales.

Los bits de inicio, de parada y el intervalo alertan al receptor del comienzo y el fin decada byte y le permiten sincronizarse con el flujo de datos. Este mecanismo se denomina asín-crono porque el emisor y el receptor no tienen que estar sincronizados a nivel de byte. Perodentro de cada byte, el receptor sí debe estar sincronizado con el flujo de bits que le llega. Esdecir, hace falta tener alguna sincronización, pero solamente durante el tiempo en que se reci-

CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 135

En la transmisión asíncrona, se envía un bit de inicio (cero) al principio y uno o más bits de parada(unos) al final de cada byte. Puede haber un intervalo entre cada byte.


be un byte. El dispositivo de recepción se resincroniza al principio de cada nuevo byte. Cuan-do el receptor detecta un bit de inicio, activa un temporizador y comienza a contar los bits amedida que llegan. Después de n bits, el receptor busca un bit de parada. Tan pronto como lodetecta, ignora cualquier pulso recibido hasta que vuelve a detectar un nuevo bit de inicio.

La Figura 6.4 es una representación esquemática de una transmisión asíncrona. En esteejemplo, los bits de inicio son ceros, los bits de parada son unos y el intervalo se representamediante un canal vacío, en lugar de usar bits de parada adicionales.

La adición de bits de inicio y de parada y de los intervalos de inserción dentro del flujode bits hace que la transmisión asíncrona sea más lenta que las formas de transmisión quepueden operar sin añadir toda esta información de control. Pero es barata y efectiva, dos ven-tajas que la convierten en una elección atractiva para situaciones como las comunicaciones debaja velocidad. Por ejemplo, la conexión de un terminal a una computadora es una aplicaciónnatural para la transmisión asíncrona. Un usuario teclea solamente un carácter cada vez, loque es extremadamente lento en términos de procesamiento de datos, y deja unos intervalosde tiempo impredecibles entre cada carácter.

Transmisión síncrona

En la transmisión síncrona, el flujo de datos se combina en tramas más largas que pueden con-tener múltiples bytes. Sin embargo, cada byte se introduce en el enlace de transmisión sin que hayaun intervalo con el siguiente. Se deja al receptor la tarea de separar el flujo de bits en bytes para sudecodificación. En otras palabras, los datos se transmiten como una cadena continua de unos yceros y el receptor separa esta cadena en bytes o caracteres, si necesita reconstruir la información.


En este ámbito, asíncrono significa «asíncrono a nivel de byte», pero los bits siguen estando sin-cronizados; su duración es la misma.

Emisor

Dirección de flujo

Receptor

01101 0 1 011111011 1 000010111

1 011111011

1 11

Datos

Intervalos entre unidades de datos

Bit de inicioBit de parada

Figura 6.4. Transmisión asíncrona.

En la transmisión síncrona, se envía un bit detrás de otro, sin bits de inicio/parada o intervalos. Esresponsabilidad del receptor agrupar los bits.


La Figura 6.5 muestra un esquema de la transmisión síncrona en el que se han incluidodivisiones entre los bytes. En la realidad, estas divisiones no existen; el emisor pone los datosen la línea como una tira larga. Si el emisor desea enviar datos en ráfagas separadas, los inter-valos entre las ráfagas deben rellenarse como una secuencia especial de ceros y unos que indi-can vacío. El receptor cuenta los bits a medida que llegan y los agrupa en unidades de ochobits.

Sin intervalos y bits de inicio/parada, no hay ningún mecanismo interno en la comunica-ción para ayudar al receptor a ajustar su bit de sincronización en medio de una transmisión.Por ello, la temporización se vuelve muy importante, ya que la exactitud de la informaciónrecibida depende completamente de la habilidad del dispositivo receptor de llevar exactamentela cuenta de los bits a medida que llegan.

La ventaja de la transmisión síncrona es la velocidad. Puesto que no hay bits extra o inter-valos que introducir en el emisor, ni que eliminar en el receptor, se consigue, por extensión,transmitir menos bits a lo largo del enlace, lo que hace que la transmisión síncrona sea másrápida que la transmisión asíncrona. Por este motivo, la transmisión síncrona es más útil paraaplicaciones de alta velocidad como la transmisión de datos de una computadora a otra. Lasincronización a nivel de byte se lleva a cabo en el nivel de enlace de datos.

6.2. INTERFAZ DTE-DCELlegados a este punto es necesario clarificar dos términos importantes para las redes de com-putadoras: equipo terminal de datos (DTE, Data Terminal Equipment) y equipo terminaldel circuito de datos (DCE, Data Circuit-Terminating Equipment). Habitualmente, hay cua-tro unidades funcionales básicas involucradas en la comunicación de los datos: un DTE y unDCE en un extremo y un DTE y un DCE en el otro, como se muestra en la Figura 6.6. El DTEgenera los datos y los pasa, junto con los caracteres de control necesarios, a un DCE. El DCEconvierte la señal a un formato apropiado para el medio de transmisión y la introduce en elenlace de la red. Cuando la señal llega al receptor, se efectúa el proceso inverso.

Equipo terminal de datos (DTE)El equipo terminal de datos (DTE) incluye cualquier unidad que funcione como origen o desti-no para datos digitales binarios. A nivel físico, puede ser un terminal, una microcomputadora, unacomputadora, una impresora, un fax o cualquier otro dispositivo que genere o consuma datos digi-tales. Los DTE no se suelen comunicar directamente a menudo; generan y consumen informa-


Emisor

Dirección de flujo

Receptor10100011 11111011 11110110 11110111 00010000 110

Figura 6.5. Transmisión síncrona.


ción pero necesitan un intermediario para ser capaz de comunicarse. Piense que un DTE funcio-na de la misma forma en que lo hace nuestro cerebro cuando hablamos. Suponga que alguien tie-ne una idea que quiere comunicar a un amigo. Su cerebro crea la idea pero no puede transmitirla idea directamente al cerebro de su amigo. Por desgracia, o por suerte, no somos telépatas. Ensu lugar, el cerebro pasa la idea a las cuerdas vocales y la boca, que la convierten en ondas desonido que pueden viajar a través del aire o por una línea telefónica hasta el oído de su amigo yde aquí a su cerebro, donde se vuelve a convertir en información. En este modelo, su cerebro yel cerebro de su amigo son DTE. Sus cuerdas vocales y su boca son su DCE. El oído de su ami-go también es un DCE. El aire o la línea telefónica es el medio de transmisión.

Equipo terminal del circuito de datos (DCE)El equipo terminal del circuito de datos (DCE) incluye cualquier unidad funcional que transmitao reciba datos a través de una red en forma de señal digital o analógica. A nivel físico, un DCEtoma los datos generados por el DTE, los convierte en una señal apropiada y después introduce laseñal en un enlace de telecomunicaciones. Entre los DCE que se usan habitualmente en este nivelse incluyen los módems (moduladores/demoduladores, que se tratan en la Sección 6.4). En cual-quier red, un DTE genera datos digitales y se los pasa a un DCE; el DCE convierte los datos a unformato aceptable para el medio de transmisión y envía la señal convertida a otro DCE de la red.

El segundo DCE extrae la señal de la línea, la convierte en un formato utilizable por suDTE y la entrega. Para hacer que la comunicación sea posible, tanto el DCE emisor como elreceptor deben usar el mismo método de modulación (por ejemplo, FSK), de la misma formaque si usted se quiere comunicar con alguien que comprende solamente el japonés, será nece-sario que hable en japonés. Los DTE no necesitan estar coordinados entre sí, pero cada unodebe estar coordinado con su propio DCE, y los DCE deben estar coordinados de forma quela traducción de datos se pueda hacer sin pérdida de integridad.


DTEDCE

DTEDCE

Red

Figura 6.6. DTE y DCE.

Un DTE es cualquier dispositivo que es origen o destino para datos digitales binarios.

Un DCE es cualquier dispositivo que transmite o recibe datos en forma de señal analógica o digitala través de una red.


EstándaresA lo largo de los años, se han desarrollado muchos estándares para definir la conexión entreun DTE y un DCE (véase la Figura 6.7). Aunque sus soluciones son distintas, cada estándarproporciona un modelo para las características mecánicas, eléctricas y funcionales de la cone-xión.

De todas las organizaciones involucradas en la estandarización de la interfaz DTE-DCE, las más activas son la Asociación de Industrias Electrónicas (EIA, Electronic Indus-tries Association) y la Unión Internacional de Telecomunicaciones-Comité de Estándaresde Telecomunicación (ITU-T, International Telecommunication Union-Telecommunica-tions Standards Committee). Los estándares de la EIA se denominan, bastante apropiada-mente, EIA-232, EIA-442, EIA-449 y así. Los estándares de la ITU-T se denominan serieV y serie X.

Interfaz EIA-232Una interfaz importante desarrollada por la EIA es la EIA-232, que define las característicasmecánicas, eléctricas y funcionales de la interfaz entre un DTE y un DCE. Publicado origi-nalmente en el año 1962 como el estándar RS-232 (Estándar Recomendado), el EIA-232 hasido revisado varias veces. La versión más reciente, el EIA-232-D, no solamente define el tipode conectores a usar, sino también los cables y conectores específicos y la funcionalidad decada patilla.


DTEDCE

DTEDCE

Red

Los DTE-DCE estándares intentan definir lascaracterísticas mecánicas, eléctricas y funcionales

de la conexión entre el DTE y el DCE

Figura 6.7. Interfaz DTE-DCE.

La EIA y la ITU-T están involucradas en el desarrollo de los estándares de la interfaz DTE-DCE.Los estándares de la EIA se denominan EIA-232, EIA-442, EIA-449 y así. Los estándares de la ITU-T se denominan serie V y serie X.

El EIA-232 (anteriormente llamado RS-232) define las características mecánicas, eléctricas y fun-cionales de la interfaz entre un DTE y un DCE.


Especificación mecánica

La especificación mecánica del estándar EIA-232 define la interfaz como un cable de 25 hiloscon un conector de patillas DB-25 macho y uno hembra, respectivamente, en los extremos.La longitud del cable no puede exceder de 15 metros (cerca de 50 pies).

Un conector DB-25 es un enchufe con 25 patillas o receptáculos, cada uno de los cua-les está conectado a un único hilo y tiene una función específica. Con este diseño, la EIAha creado la posibilidad de tener 25 interacciones separadas entre un DTE y un DCE. En lapráctica se usan habitualmente menos, pero el estándar permite la inclusión de más fun-cionalidad en el futuro.

El EIA-232 recomienda un cable de 25 hilos terminado en un extremo con un conectormacho y en el otro extremo por un conector hembra. El término conector macho se refiere alenchufe en el cual cada cable se conecta a un patilla. El término conector hembra se refierea un receptáculo en el cual cada hilo del cable se conecta a un tubo de metal, o receptáculo.En el conector DB-25, estas patillas y tubos están colocados en dos filas, con 13 en la supe-rior y 12 en la inferior.

Como se verá en la sección siguiente, hay otra implementación del EIA-232 que usa uncable de 9 hilos con un conector hembra y un conector macho de 9 patillas DB-9 añadido encada extremo.

Especificación eléctrica

La especificación eléctrica del estándar define los niveles de voltaje y el tipo de señal a trans-mitir en cualquier dirección entre el DTE y el DCE.

Envío de datos. La especificación eléctrica para enviar datos se muestra en la Figu-ra 6.8. El EIA-232 indica que todos los datos se deben transmitir como unos y ceros lógi-cos (denominados marca y espacio) usando codificación NRZ-L, con el cero definido comoun voltaje positivo y el uno definido como un voltaje negativo. Sin embargo, más que defi-nir un único rango acotado por la amplitud más alta y más baja, el EIA-232 define dos rangos distintos, uno para voltajes positivos y otro para negativos. Un receptor reconoce yacepta como una señal intencionada cualquier voltaje que caiga entre estos rangos, pero nin-guno que caiga fuera de ellos. Para que sea reconocida como datos, la amplitud de una señaldebe estar entre 3 y 15 voltios o entre –3 y –15 voltios. Permitiendo que las señales válidasestén dentro de dos rangos de 12 voltios, el EIA-232 hace improbable que la degradaciónde la señal por el ruido afecte a su reconocibilidad. En otras palabras, mientras que los pul-sos caigan en uno de los rangos aceptables, la precisión del pulso no es importante.

La Figura 6.8 muestra una onda cuadrada degradada por el ruido a una forma curva.La amplitud del cuarto bit es más baja que la supuesta (comparada con la del segundo bit)y en lugar de permanecer en un único nivel de voltaje, cubre un rango de muchos volta-jes. Si el receptor estuviera esperando un voltaje f ijo, la degradación de este pulso lohabría hecho irrecuperable. El bit también habría sido irrecuperable si el receptor estu-viera mirando solamente por aquellos pulsos que mantienen el mismo voltaje a lo largode su duración.

Control y temporización

Solamente 4 hilos de los 25 disponibles en la interfaz EIA-232 se usan para las funciones dedatos. Los 21 hilos restantes están reservados para funciones como control, temporización,tierra y pruebas. La especificación eléctrica de estos otros hilos es similar a la de los que



gobiernan la transmisión de datos, pero más sencilla. Cualquiera de ellas se considera a ONsi transmite un voltaje de al menos +3 voltios y OFF si transmite un voltaje con un valor menorde –3 voltios.

La Figura 6.9 muestra una de estas señales. La especificación para la señal de control esconceptualmente inversa a la de la transmisión de datos. Un valor de voltaje positivo signifi-ca ON y negativo significa OFF. Observe también que OFF se sigue significando mediante latransmisión de un rango específico de voltaje. La ausencia de voltaje en uno de estos hilosmientras que el sistema está funcionando indica que algo está funcionando mal y no que lalínea esté apagada.

Una última función importante de la especificación eléctrica es la definición de la tasade bits. El EIA-232 permite una tasa de bits máxima de 20 Kbps, aunque en la práctica se sue-le obtener más.


1 0 1 0

Tiempo

Voltio

+3

– 3

– 15

+15

0Área indefinida

Área indefinida

Área permitida

Área permitida

Codificación NRZ-L

Figura 6.8. Especificaciones eléctricas para envío de datos en el EIA-232.

La especificación eléctrica del EIA-232 define que las señales distintas a las de datos deben enviar-se usando OFF (menor que –3 voltios) y ON (mayor que +3 voltios).

Tiempo

Voltio

+3

– 3

0Área indefinida

Área indefinida

Área permitida

Área permitida

On

Off

Figura 6.9. Especificaciones eléctricas para las señales de control del EIA-232.


La especificación funcional

Hay disponibles dos implementaciones distintas del EIA-232: DB-25 y DB-9.Implementación DB-25. El EIA-232 define las funciones asignadas a cada uno de las

25 patillas del conector DB-25. La Figura 6.10 muestra la orden y la funcionalidad de cadapatilla de un conector macho. Recuerde que un conector hembra es una imagen en espejo delmacho, de forma que la patilla 1 del enchufe se corresponde con el tubo 1 del receptáculo yasí sucesivamente.

Cada función de comunicación tiene una función espejo, o respuesta, para el tráfico enla dirección opuesta, para permitir la operación full-dúplex. Por ejemplo, la patilla 2 es paratransmitir datos, mientras que la patilla 3 es para recibir datos. De esta forma, ambos equipospueden transmitir datos al mismo tiempo. Como se puede ver en la Figura 6.10, no todas laspatillas son funcionales. Las patillas 9 y 10 se reservan para uso futuro. La patilla 11 está toda-vía sin asignar.

Implementación DB-9. Muchas de las patillas de la implementación del DB-25 no sonnecesarias en una conexión asíncrona sencilla. Por ello, se ha desarrollado una versión mássencilla del EIA-232 que solo usa 9 patillas, conocida como DB-9 y mostrada en la Figura6.11. Observe que no hay una relación patilla a patilla entre ambas implementaciones.


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Blindaje Recepciónde datos

Listo paraenviar

Señal de tierra Reservado

(pruebas)

Reservado(pruebas)

Sin asignar

Listo para enviar

secundario

Transmisiónde datos

Peticiónpara enviar

DCElisto

Detector deseñal de

línea recibida

Detector secundario de señal de

línea recibida

Transmisiónde datos

secundario

Recepciónde datos

secundario

DTElisto

Indicadorde anillo

Peticiónpara enviarsecundario

Modo de pruebas

Temporizaciónde señal deltransmisor

(DCE-DTE)

Temporizaciónde señal del

receptor(DCE-DTE) Selector

de velocidad de señal de datos

Buclelocal

Bucle local y detectorde calidad

deseñal

Temporizaciónde señal

deltransmisor

(DTE-DCE)

Figura 6.10. Funciones de las patillas en la versión DB-25 del EIA-232.


Un ejemplo

El ejemplo, que se presenta en la Figura 6.12, muestra el funcionamiento del EIA-232 en modosíncrono full-dúplex sobre una línea dedicada que usa solamente el canal primario. En estecaso los DCE son módems y los DTE son computadoras. Hay cinco pasos distintos, desde lapreparación hasta la terminación. Este es un modelo full-dúplex, por lo que ambos sistemascomputadora/módem pueden transmitir datos concurrentemente. Sin embargo, en términosdel modelo EIA siempre se puede clasificar un sistema como emisor y otro como receptor.

El paso 1 muestra la preparación de las interfaces para la transmisión. Los dos circuitosde tierra, 1 (blindaje) y 7 (señal de tierra), están activos entre ambas combinaciones de la com-putadora/módem emisora (izquierda) y la combinación de computadora/módem receptora(derecha).

El paso 2 asegura que los cuatro dispositivos están listos para la transmisión. En primerlugar, el DTE emisor activa la patilla 20 y envía un mensaje DTE listo a su DCE. El DCE res-ponde activando la patilla 6 y devolviendo un mensaje DCE listo. Esta misma secuencia selleva a cabo entre la computadora y el módem remoto.

El paso 3 establece la conexión física entre los módems emisor y receptor. Se podría pen-sar en este paso como la activación on de la transmisión. Es el primer paso que involucra a lared. Primero, el DTE emisor activa la patilla 4 y envía a su DCE un mensaje de petición-para-enviar. El DCE transmite una señal portadora al módem receptor. Cuando el módem receptordetecta la señal portadora, activa la patilla 8, que corresponde al detector de señal de línearecibida, indicando a su computadora que va a comenzar una transmisión. Después de trans-mitir la señal portadora, el DCE emisor activa la patilla 5, enviando a su DTE un mensaje delisto-para-enviar. La computadora y el módem remoto hacen lo mismo.

El paso 4 es el procedimiento de la transferencia de datos. La computadora emisora trans-fiere su flujo de datos a su módem por el circuito 2, acompañado de una señal de temporizaciónpor el circuito 24. El módem convierte los datos digitales a una señal analógica y los envía porla red. El módem receptor recibe la señal, los convierte otra vez en datos digitales y los pasa asu computadora a través del circuito 3, junto con el pulso de temporización por el circuito 17.

La computadora receptora sigue en todo momento el mismo procedimiento para enviardatos a la computadora emisora.


1 2 3 4 5

6 7 8 9

Datosrecibidos

Listo paraenviar

Tierra

Datostransmitidos

DCElisto

DTElisto

Detecciónde portadora

Indicadorde anillo

Petición para enviar

Figura 6.11. Funciones de las patillas en la versión DB-9 del EIA-232.


Una vez que ambos lados han completado sus transmisiones, ambas computadoras des-activan los circuitos petición-para-enviar; los módems desconectan sus señales portadoras,sus detectores de señal de línea recibida (no hay ya ninguna línea para detectar) y sus circui-tos listo-para-enviar (paso 5).

Módem nulo

Suponga que necesita conectar dos DTE en el mismo edificio, por ejemplo dos estacionesde trabajo o un terminal a una estación de trabajo. No es necesario usar módems para conec-tar directamente dos equipos digitales compatibles; la transmisión no tiene que cruzar líneas analógicas, como las líneas telefónicas, y por tanto no necesita ser modulada. Peroes necesario tener una interfaz para gestionar el intercambio (establecimiento de conexión,transferencia de datos, recepción, etc.) de la misma forma que lo hace un cable DTE-DCEdel EIA-232.


17

206

45

8

224

317

4

5

8

17

206

45

8

224317

4

5

8

17

206

84

5

317

224

8

4

5

17

206

84

5

317224

8

4

5

Portadora

Portadora off

Portadora off

Portadora

Datos

Datos

Off

Off

Off

Off

Off

Off

Paso 1: Preparación

Paso 2: Listo

Paso 3: Establecimiento

Paso 5: Desconexión

Paso 4: Transferenciade datos

Paso 1: Preparación

Paso 2: Listo

Paso 3: Establecimiento

Paso 5: Desconexión

Paso 4: Transferencia de datos

DTE

DCE

DTE

DCE

1 Blindaje3 Recepción de datos5 Listo para enviar7 Tierra

2 Transmisión de datos4 Petición para enviar6 DCE listo20 DTE listo

8 Detector de señal de línea recibida17 Temporización de señal del receptor24 Temporización de señal del transmisor

PATILLAS

Figura 6.12. Transmisión síncrona full-dúplex.


La solución, propuesta por el estándar de la EIA, se denomina módem nulo. Un módemnulo proporciona la interfaz DTE-DTE sin DCE. ¿Por qué usar un módem nulo? Si todo loque se necesita es la interfaz ¿por qué no usar un cable estándar EIA-232? Para comprenderel problema, examine la Figura 6.13. La parte a muestra una conexión que usa una red tele-fónica. Los dos DTE están intercambiando información a través de DCE. Cada DTE envíasus datos a través de la patilla 2 y el DCE los recibe en su patilla 2; y cada DTE recibe a tra-vés de la patilla 3 los datos que han sido enviados por su DCE usando su propia patilla 3.Como se puede ver, el cable EIA-232 conecta la patilla 2 del DTE a la patilla 2 del DCE y lapatilla 3 del DCE a la patilla 3 del DTE. El tráfico que usa la patilla 2 es siempre de salida delDTE. El tráfico que usa la patilla 3 es siempre de entrada al DTE. Un DCE reconoce la direc-ción de una señal y la pasa al circuito adecuado.

La parte b de la figura muestra qué pasa cuando se usa la misma conexión entre dos DTE.Sin un DTE que conmute las señales de o hacia las patillas apropiadas, ambos DTE intentantransmitir sobre el mismo hilo de la patilla 2 y recibir sobre el mismo hilo de la patilla 3. CadaDTE está transmitiendo a la patilla de transmisión del otro, no a su patilla receptora. El cir-cuito de recepción (3) no hace nada porque ha sido completamente aislado de la transmisión.El circuito de transmisión (2) acaba teniendo ruido de colisiones y señales que no pueden sernunca recibidas en los DTE. No es posible establecer una comunicación de datos de un dis-positivo a otro.

Conexiones cruzadas. Para que sea posible realizar la transmisión, es necesario cruzarlos cables de forma que la patilla 2 del primer DTE se conecte con la patilla 3 del segundoDTE y la patilla 2 del segundo DTE se conecte con la patilla 3 del primero. Estas dos patillasson las más importantes. Sin embargo, varias de los otras tendrían problemas similares y tam-bién necesitarían ser recableadas (véase la Figura 6.14).

Un módem nulo es una interfaz EIA-232 que completa los circuitos necesarios para hacerque los DTE de los extremos crean que tienen un DCE y una red entre ellos. Debido a que supropósito es establecer las conexiones, un módem nulo puede ser tanto un cable como un dis-positivo o incluso lo puede construir usted mismo usando un cable EIA-232 estándar y una cajade conexión que le permita cruzar los cables directamente de la forma que desee. De todas estasopciones, el cable es la más habitualmente usada y la más conveniente (véase la Figura 6.14).


TransmitirRecibir

23

DTE

23

DCE

TransmitirRecibir

23

DTE

23

DCERed

a. DTE conectados a través de DCE

TransmitirRecibir

23

DTE

TransmitirRecibir

23

DTE

b. DTE conectados directamente

Figura 6.13. Uso de conexiones con las patillas de datos regulares con y sin DCE.


Otras diferencias. Mientras que el cable de la interfaz del DTE-DCE en el EIA-232tiene un conector hembra en el extremo del DTE y un conector macho en el extremo del DCE,un módem nulo tiene conectores hembra en ambos extremos para permitir la conexión a lospuertos del DTE del EIA-232, que son machos.

6.3. OTROS ESTÁNDARES DE INTERFACESEIA-232 restringe tanto la tasa de datos como la longitud del cable (capacidad de enviar unaseñal a distancia): la tasa de datos a 20 Kbps y la longitud del cable a 50 pies (15 metros). Parasatisfacer las necesidades de los usuarios que necesitan más velocidad y/o distancia, la EIA yla ITU-T crearon estándares de interfaz adicionales: EIA-449, EIA-530 y X.21.

EIA-449Las especificaciones mecánicas del EIA-449 definen una combinación de dos conectores:uno con 37 patillas (DB-37) y otro con 9 patillas (DB-9), para obtener un conector combina-do de 46 patillas (véase la Figura 6.15).

Las especificaciones funcionales del EIA-449 definen las propiedades de las patillasdel DB-37 similares a las del DB-25. La principal diferencia funcional entre los conecto-res de 25 y 37 patillas es que todas las funciones relativas al canal secundario se han eli-


20

6

4

5

8

2

3

7

24

17

Tierra

Listo

Activación

Transferencia de datos

Temporizador

DTE

Módem nulo

20

6

4

5

8

2

3

7

24

17

Tierra

Listo

Activación

Transferencia de datos

Temporizador

DTE

Figura 6.14. Conexiones de las patillas de un módem nulo.


minado del conector DB-37. Debido a que el canal secundario se usa muy raramente, elEIA-449 ha eliminado estas funciones y las ha puesto en el segundo conector de 9 patillas(DB-9). De esta forma, hay un segundo canal disponible para aquellos sistemas que lonecesiten.

Funciones de las patillas del DB-37

Para mantener la compatibilidad con el EIA-232, el EIA-449 define dos categorías de pati-llas que se pueden usar en el intercambio de datos, control e información de temporización(véase la Tabla 6.1).


Enchufe DB-37

Receptáculo DB-37 Receptáculo DB-9

Enchufe DB-9

Figura 6.15. DB del EIA-449.

Patilla Función Categoría Patilla Función Categoría

1 Blindaje 20 Referencia de recepción II

2 Indicador tasa de señal 21 Sin asignar I

3 Sin asignar 22 Envío de datos I

4 Envío de datos I 23 Temporización de envío I

5 Temporización de envío I 24 Recepción de datos I

6 Recepción de datos I 25 Petición de envío I

7 Petición de envío I 26 Temporización de recepción I

8 Temporización de recepción I 27 Listo para enviar I

9 Listo para enviar I 28 Terminal en servicio II

Tabla 6.1. Patillas DB-37


Patillas de categoría I

La categoría I incluye aquellas patillas cuyas funciones son compatibles con el EIA-232 (aun-que la mayoría han sido renombrados). Para cada patilla de categoría I, el EIA-449 define dospatillas, una para la primera columna y una para la segunda columna. Por ejemplo, tanto lapatilla 4 como la 22 se llaman envío de datos. Estas dos patillas tienen una funcionalidad equi-valente a la patilla 2 en EIA-232. Tanto la patilla 5 como la 23 se denominan envío de tempo-rización y la 6 y la 24 se llaman recepción de datos. Incluso algo más interesante a observares que estos pares de patillas son verticalmente adyacentes entre sí en el conector, con la pati-lla de la segunda columna ocupando básicamente la posición que está debajo de su contraparteen la primera columna (numere el conector del DB-37 basándose en la numeración del conec-tor DB-25 para ver estas relaciones). Esta estructura es lo que hace tan potente al EIA-449.Cómo se relacionan las patillas entre sí se verá mejor posteriormente en esta sección, cuandose traten los dos métodos alternativos de señalización definidos en las especificaciones eléc-tricas.

Patillas de categoría II

Las patillas de categoría II son aquellas que no tienen un equivalente en EIA-232 o que hansido redefinidas. Los números y las funciones de las nuevas patillas son los siguientes:

■ Bucle local. La patilla 10 se usa para probar el bucle local.

■ Bucle remoto. La patilla 14 se usa para probar el bucle remoto.


Patilla Función Categoría Patilla Función Categoría

10 Bucle local II 29 Modo de datos I

11 Modo de datos I 30 Terminal listo I

12 Terminal listo I 31 Listo para recibir I

13 Listo para recibir I 32 Espera seleccionada II

14 Bucle remoto II 33 Calidad de señal

15 Llamada entrante 34 Señal nueva II

16 Selección de frecuencia II 35 Temporización de terminal I

17 Temporización de terminal I 36 Indicador de espera II

18 Modo de prueba II 37 Referencia de envío II

19 Señal de tierra

Tabla 6.1. Patillas DB-37 (continuación)


■ Selección de frecuencia. La patilla 16 se usa para elegir entre dos tasas de frecuencia distintas.

■ Modo de prueba. La patilla 18 se usa para probar a distintos niveles.

■ Referencia común de recepción. La patilla 20 proporciona una línea de retorno de señalcomún para los circuitos desbalanceados que van del DCE al DTE.

■ Terminal en servicio. La patilla 28 indica al DCE si el DTE está o no operacional.

■ Selección de equipo suplente. La patilla 32 permite al DTE solicitar el uso de un equi-po en espera en caso de fallo.

■ Nueva señal. La patilla 34 está disponible para aplicaciones multipunto en las cuales unDTE primario controla varios DTE secundarios. Cuando se activa, la patilla 34 indica queun DTE ha terminado su intercambio de datos y que otro va a empezar.

■ Indicador de equipo suplente. La patilla 36 proporciona la señal de confirmación delDCE en respuesta a una selección en espera (patilla 32).

■ Referencia común de envío. La patilla 37 proporciona una línea de retorno de señalcomún para los circuitos no balanceados del DTE al DCE.

Funciones de las patillas del DB-9

La Tabla 6.2 muestra las funciones de las patillas del conector DB-9. Observe que el conec-tor DB-9 es aquí distinto del que se trató en el EIA-232.

Especificaciones eléctricas: RS-423 y RS-422

El EIA-449 usa dos estándares para definir sus especificaciones eléctricas: RS-423 (para cir-cuitos sin balancear) y RS-422 (para circuitos balanceados).


Patilla Función

1 Blindaje

2 Secundario listo para recibir

3 Envío de datos al secundario

4 Recepción de datos del secundario

5 Señal de tierra

6 Referencia de recepción

7 Petición para enviar al secundario

8 Listo para enviar al secundario

9 Referencia común de envío

Tabla 6.2. Patillas del DB-9


RS-423: Modo desbalanceado

El RS-423 es una especificación de circuito sin balancear, lo que significa que define sola-mente una línea para propagar una señal. Todas las señales de este estándar usan un retornocomún (o tierra) para completar el circuito. La Figura 6.16 da una visión conceptual de estetipo de circuito así como las especificaciones del estándar. En el modo de circuito desbalan-ceado, el EIA-449 indica que hay que usar únicamente la primera patilla de cada par de pati-llas de Categoría I y todas las patillas de la Categoría II.

RS-422: Modo balanceado

El RS-422 es una especificación de circuito balanceado, lo que significa que define doslíneas para la propagación de cada señal. De nuevo, las señales usan un retorno común (o tie-rra) para el retorno de la señal. La Figura 6.17 da una visión conceptual de las especificacio-nes para este estándar. En el modo balanceado, el EIA-449 usa todos los pares de patillas de


Distancia

4000 ft40 ft

1 Kbps

Tasa de datos

100 Kbps

0 lógico

1 lógico

0

+6

– 6

+2

– 2

NRZ-L

S R

Retorno común

Figura 6.16. RS-423: Modo desbalanceado.

0 lógico

0

+6

– 6

+4

– 4

S R

Retorno común

NRZ-L

NRZ-L

1 lógico

Distancia

4000 ft40 ft

1 Kbps

Tasa de datos

10 Mbps

Figura 6.17. RS-422: Modo balanceado.


la Categoría I, pero no usa las patillas de Categoría II. Como se puede ver en las especifica-ciones eléctricas de este estándar, la proporción de tasa de datos a distancia es mucho mayorque la del estándar desbalanceado o el EIA-232: 10 Mbps para transmisiones a 40 pies.

En el modo balanceado, dos líneas llevan la misma transmisión. Sin embargo, no llevanseñales idénticas. La señal de una línea es el complemento de la señal en la otra. Cuando sedibuja, el complemento parece como una imagen simétrica de la señal original (véase la Figu-ra 6.17). En lugar de escuchar a cualquiera de las señales reales, el receptor detecta las dife-rencias entre las dos. Este mecanismo hace que un circuito balanceado sea menos susceptibleal ruido que un circuito sin balancear y mejora su rendimiento.

A medida que las señales complementarias llegan al receptor, se pasan a través de un sus-tractor (un amplificador diferencial). Este mecanismo resta la segunda señal de la primeraantes de interpretarla. Debido a que ambas señales son complementarias, el resultado de laresta es el doble del valor de la primera señal. Por ejemplo, si en un momento determinadola primera señal tiene un voltaje de 5, la segunda señal tendrá un voltaje de –5. Por tanto, elresultado de la resta es 5 –(–5), lo que es igual a 10.

Si la transmisión tiene ruido, éste afecta a ambas señales de la misma forma (el ruido posi-tivo afecta a ambas señales positivamente; el ruido negativo afecta a ambas señales negativa-mente). Como resultado, se elimina el ruido durante el proceso de sustracción (véase la Figu-ra 6.18). Por ejemplo, supongamos que se han introducido 2 voltios de ruido en el punto donde la primera señal es de 5 voltios y su complemento es de –5 voltios. La adición distor-siona la primera señal a 7 voltios y la segunda a –3 voltios. 7–(–3) sigue siendo igual a 10. Esesta habilidad de neutralizar los efectos del ruido lo que permite que la transmisión balance-ada pueda funcionar con tasas de datos más alta.


(a) Señal original (b) Original y complementario (c) Ruido que afecta a ambas señales

(d) Señales y ruido

(e) Después de la negación de la segunda señal

(f) Después de la suma (g) Después de reescalar

Figura 6.18. Cancelación del ruido en el modo balanceado.


EIA-530El EIA-449 proporciona mucha mejor funcionalidad que el EIA-232. Sin embargo, necesitaun conector DB-37, que la industria ha sido reluctante a adoptar debido a la cantidad de inver-sión ya realizada en el DB-25. A pesar de ello, para mejorar la aceptación del nuevo estándar,el EIA desarrolló una versión del EIA-449 que usa patillas DB-25: el EIA-530.

Las funciones de las patillas del EIA-530 son esencialmente las del EIA-449 Categoría Imás 3 patillas de la Categoría II (los circuitos de bucle). Se han omitido algunos de las pati-llas del EIA-232, incluyendo los indicadores de anillo, el detector de calidad de señal y elselector de tasa de datos de la señal. El EIA-530 tampoco soporta un circuito secundario.

X.21 La X.21 es una interfaz estándar diseñada por la ITU-T para resolver muchos de los proble-mas existentes en las interfaces EIA y, al mismo tiempo, preparar el camino para las comu-nicaciones completamente digitales.

Uso de circuitos de datos para control

Una gran proporción de los circuitos de las interfaces del EIA se usa para control. Estos cir-cuitos son necesarios porque los estándares implementan funciones de control como señalesseparadas. En una línea especial, la información de control se representa solamente por volta-jes positivos y negativos. Pero, si las señales de control se codifican usando caracteres de con-trol significativos de un sistema como el ASCII, se pueden transmitir a través de las líneas dedatos.

Por esta razón, el X.21 elimina la mayor parte de los circuitos de control existentes en losestándares del EIA y, en su lugar, redirige su tráfico a los circuitos de datos. Para hacer posi-ble la consolidación de esta funcionalidad, tanto el DTE como el DCE necesitan añadir circuitos lógicos que les permitan transformar los códigos de control en flujos de bits que sepuedan enviar por las líneas de datos. Ambos necesitan también lógica adicional para discri-minar entre la información de control y los datos en el receptor.

Este diseño permite que el X.21 no sólo use menos patillas, sino que también se puedausar para las telecomunicaciones digitales donde la información de control se envía de un dis-positivo a otro sobre una red en lugar de usar DTE y DCE. A medida que emerge la tecnolo-gía digital, es necesario gestionar más y más información de control, incluyendo marcado,remarcado, espera, etc. X.21 es útil como interfaz para conectar computadoras digitales a dis-positivos analógicos, tales como módems, y como un conector entre computadoras digitalese interfaces digitales tales como RDSI y X.25, que se describen en los Capítulos 16 y 17.

X.21 ha sido diseñado para trabajar con circuitos balanceados a 64 Kpbs, una velocidadque se ha convertido en un estándar de la industria.

Funciones de las patillas

La Figura 6.19 muestra el conector especificado por X.21, denominado DB-15. Como indicasu nombre, el DB-15 es un conector de 15 patillas.

■ Temporización de Byte. Otra ventaja que ofrece X.21 es que existen líneas de tempori-zación para controlar la sincronización de bytes, además de la sincronización a nivel debit propuesta por los estándares de la EIA. X.21 mejora la sincronización global de lastransmisiones añadiendo un pulso de temporización de byte (patillas 7 y 14).



■ Control e inicio. Las patillas 3 y 5 del conector DB-15 se usan para el saludo inicial, oacuerdo, antes de empezar a transmitir. La patilla 3 es equivalente al de petición de envío.La patilla 5 es equivalente al de listo para enviar. La Tabla 6.3 muestra las funciones decada patilla.

6.4. MÓDEMSEl tipo más familiar de DCE es un módem. Cualquiera que haya navegado por Internet, acce-dido a una computadora de la oficina desde casa o rellenado un formulario a través de un pro-cesador de texto usando la línea telefónica, ha usado un módem. El módem interno o externoasociado con su computadora personal es lo que convierte la señal digital generada por la com-putadora en una señal analógica que se puede transportar por las líneas telefónicas públicas.También, es el dispositivo que convierte las señales analógicas recibidas de la línea telefóni-ca en señales digitales que se pueden usar en su computadora.


Enchufe DB-15Receptáculos DB-15

Figura 6.19. Conector DB-15.

Patilla Función Patilla Función

1 Blindaje 9 Transmisión de datos o de control

2 Transmisión de datos o de control 10 Control

3 Control 11 Recepción de datos o de control

4 Recepción de datos o de control 12 Indicación

5 Indicación 13 Señal de temporización de elementos

6 Señal de temporización de elementos 14 Temporización de byte

7 Temporización de byte 15 Reservado

8 Señal de tierra

Tabla 6.3. Patillas del DB-15


El término módem es una palabra compuesta que indica las dos entidades funcionales quecomponen el dispositivo: un modulador de señal y un demodulador de señal. La relación entrelas dos partes se muestra en la Figura 6.20.

Un modulador convierte una señal digital en una señal analógica usando ASK, FSK, PSKo QAM. Un demodulador convierte una señal analógica en una señal digital. A pesar de queel demodulador recuerda un conversor analógico-a-digital, no es un conversor de ningún tipo.No ha muestreado una señal para crear un equivalente digital; solamente revierte el procesode modulación, es decir, realiza la demodulación.

La Figura 6.20 muestra la relación entre módems de un enlace de comunicación. Las dos PCen los extremos son los DTE; los módems son los DCE. El DTE crea una señal digital y se laentrega al módem a través de una interfaz (como la EIA-232 vista anteriormente). La señal modu-lada es recibida por la función de demodulación del segundo módem. El demodulador toma laseñal ASK, FSK, PSK o QAM y la decodifica en un formato que sea aceptable para su compu-tadora. A continuación entrega la señal digital resultante a la computadora receptora a través desu interfaz. Cada DCE debe ser compatible tanto con su propio DTE como con otros DCE.

Tasa de transmisiónProbablemente habrá oído describir a los módems como de alta velocidad o de baja veloci-dad para indicar la cantidad de bits por segundo que un dispositivo específico es capaz de


Módem significa modulador/demodulador.

Modulador

Demodulador

Módem

Modulador

Demodulador

Módem

Estación deconmutación

Estación deconmutación

Redtelefónica

Figura 6.20. Concepto de módem.

Un modulador convierte una señal digital en una señal analógica. Un demodulador convierte unaseñal analógica en una señal digital.


transmitir o recibir. Pero antes de hablar sobre los distintos módems comerciales y sus tasasde datos, es necesario examinar las limitaciones que sobre la tasa de transmisión impone elmedio en sí mismo.

Ancho de banda

El concepto de ancho de banda se definió al final del Capítulo 4. Ahora se puede aplicar esteconcepto al medio físico para ver sus efectos sobre la transmisión. La tasa de datos de un enla-ce depende del tipo de codificación usado y del ancho de banda del medio. El ancho de ban-da del medio está relacionado con la limitación inherente de las propiedades físicas del medio;cada línea tiene un rango de frecuencias que puede transmitir. Si la frecuencia de una señal esdemasiado baja, puede saturar la capacitancia de la línea. Si es demasiado alta, puede ser obs-taculizada por la inductancia de la línea. Por tanto, se puede decir que cada línea tiene un lími-te superior y un límite inferior para las frecuencias de las señales que puede transportar. Esterango limitado es lo que se denomina el ancho de banda.

Las líneas telefónicas tradicionales pueden transportar frecuencias entre 300 Hz y 3.300Hz, lo que les da un ancho de banda de 3.000 Hz. Todo este rango se usa para transmitir voz,por lo que se puede permitir un alto grado de distorsión sin que haya pérdida de inteligibili-dad. Sin embargo, como se ha visto, las señales de datos requieren un grado más alto de exac-titud para asegurar la integridad. Por tanto, en aras de la seguridad, los bordes del rango no seusan para comunicación de datos. En general, se puede decir que el ancho de banda de la señaldebe ser más pequeño que el ancho de banda del cable. El ancho de banda efectivo de unalínea telefónica usada para transmisión de datos es 2.400 Hz, que cubre el rango desde los 600Hz a los 3.000 Hz. Observe que algunas líneas telefónicas actuales son capaces de manejarun ancho de banda mayor que las líneas tradicionales. Sin embargo, el diseño de los módemsse basa todavía en su capacidad tradicional (véase la Figura 6.21).

Velocidad del módem

Como se ha visto, cada equipo de conversión analógica manipula la señal de forma distinta:ASK manipula la amplitud, FSK manipula la frecuencia, PSK manipula la fase y QAM mani-pula tanto la fase como la amplitud.

ASK. Como recordará del Capítulo 5, el ancho de banda necesario para las transmisio-nes con ASK es igual a la tasa de baudios de la señal. Asumiendo que todos los enlaces seusan para una única señal, como sería para las transmisiones simples o semidúplex, la máxi-ma tasa de baudios para la modulación ASK es igual al ancho de banda total del medio detransmisión. Debido a que el ancho de banda efectivo de una línea telefónica es 2.400 Hz, lamáxima tasa de baudios es también 2.400. Y debido a que la baudios y la tasa de bits son lasmismas en la modulación ASK, la tasa de bits máxima es también 2.400 (véase la Figura 6.22).

En las transmisiones dúplex, sólo se puede usar la mitad del ancho de banda total en cadadirección. Por tanto, la máxima velocidad para la transmisión ASK en modo dúplex es 1.200


Cada línea tiene un límite superior y un límite inferior para las frecuencias de las señales que puedetransportar. Este rango limitado es lo que se denomina ancho de banda.

Una línea telefónica tiene un ancho de banda de casi 3.000 Hz.



300 3.300600 3.000

3.000 Hz para voz

2.400 Hz para datos

Usado para datosUsado para voz

Figura 6.21. Ancho de banda de la línea telefónica.

Máx. tasa de baudios = Máx. tasa de bits = 2.400

fc600 3.000

Figura 6.22. Tasa de baudios en ASK semidúplex.

Máx. tasa de baudios =Máx. tasa de bits =

1.200

Máx. tasa de baudios =Máx. tasa de bits =

1.200

600 3.000

Figura 6.23. Tasa de baudios en ASK dúplex.


bps. La Figura 6.23 muestra esta relación. El ancho de banda total disponible es 2.400 Hz;cada dirección tiene por tanto disponibles 1.200 Hz centrados alrededor de su propia frecuenciaportadora. (Nota: algunas especificaciones de módem indican semidúplex mediante la abre-viatura HDX y dúplex mediante la abreviatura FDX.)

Aunque la tasa de bits de ASK es igual que la de los tipos más populares de modulación,sus problemas de ruido la hacen impracticable para su uso en los módems.

FSK. Como recordará del Capítulo 5, el ancho de banda necesario para una transmi-sión FSK es igual a la tasa de baudios de la señal más el desplazamiento de frecuencia. Asu-miendo que se usa todo el enlace para una única señal, como ocurriría en la transmisión sím-plex o semidúplex, la tasa de baudios máxima para la modulación FSK es igual al ancho debanda total del medio de transmisión menos el desplazamiento de frecuencia. Debido a queel ancho de banda efectivo de una línea telefónica es 2.400 Hz, la tasa de baudios máxima es,por tanto, 2.400 menos el desplazamiento de la frecuencia. Y debido a que la tasa de baudiosy la tasa de bits son la misma en la modulación FSK, la tasa de bits máxima es también 2.400menos el desplazamiento de frecuencia (véase la Figura 6.24).


Aunque ASK tiene una buena tasa de bits, no se usa actualmente debido al ruido.

fc1fc0600 3.000

Máx. tasa de baudios = Máx. tasa de bits = 2.400 – (fc1 – fc0)

N/ 2 N/ 2 N/ 2N/ 2

Figura 6.24. Tasa de baudios en FSK semidúplex.

600 3000

Para cada direcciónMáx. tasa de baudios = Máx. tasa de bits = [2.400/2] [fc1 – fc0]

fc0(adelante)

fc1(adelante)

fc0(atrás)

fc1(atrás)

Figura 6.25. Tasa de baudios en FSK dúplex.


En la transmisión dúplex, solamente se usa la mitad del ancho de banda total del enlacepara cada dirección. Por tanto, la máxima tasa teórica para FSK en modo dúplex es la mitaddel ancho de banda total menos la mitad del desplazamiento de frecuencia. Las particionesFSK en modo dúplex se muestran en la Figura 6.25.

PSK y QAM. Como recordará, el ancho de banda mínimo necesario para la transmi-sión con PSK o QAM es el mismo que el necesario para la transmisión con ASK, pero la tasade bits puede ser mayor dependiendo del número de bits que se pueden representar con cadaunidad de señal.

Comparación. La Tabla 6.4 resume la tasa de bits máxima sobre líneas telefónicas estánda-res de par trenzado para cada uno de los mecanismos de modulación examinados anteriormente.Estas figuras asumen una línea tradicional bifilar. Si se usan líneas de cuatro cables, la tasa de datospara la transmisión dúplex puede ser el doble. En este caso, dos cables se usan para enviar y doscables para recibir los datos, consiguiendo por tanto doblar el ancho de banda disponible. Sin embar-go, estos números son teóricos y no siempre pueden ser logrados con la tecnología disponible.

Estándares para módems

En esta sección se van a presentar dos estándares para módems: módem Bell y módem ITU-T.

Módems Bell

Los primeros módems comerciales fueron fabricados por la Compañía Telefónica Bell a prin-cipios de 1970. Como primer y, durante largo tiempo, único fabricante en el mercado, Bell


Modulación Semidúplex Dúplex

ASK 2.400 1.200

FSK <2.400 <1.200

2-PSK 2.400 1.200

4-PSK, 4-QAM 4.800 2.400

8-PSK, 8-QAM 7.200 3.600

16-QAM 9.600 4.800

32-QAM 12.000 6.000

64-QAM 14.400 7.200

128-QAM 16.800 8.400

256-QAM 19.200 9.600

Tabla 6.4. Tasa de bits teóricas para los módems


definió el desarrollo de la tecnología y proporcionó un estándar de facto del cual partieronsubsecuentes fabricantes. Actualmente hay docenas de compañías que producen cientos detipos de módems distintos en todo el mundo.

Con todo lo complejos y potentes que muchos modelos se han vuelto, todos ellos han evo-lucionado del original y relativamente sencillo primer modelo de Bell. Examinar estos pri-meros módems nos permite comprender las características básicas de los módems. La Figu-ra 6.26 muestra las especificaciones de los principales módems Bell.

Serie 103/113. Una de las primeras series de módems comercialmente disponibles fuela del Bell 103/113. La serie de módems Bell 103/113 opera en modo dúplex sobre una líneatelefónica bifilar conmutada. La transmisión es asíncrona, usando modulación FSK. Las fre-cuencias del iniciador de sesión son 1.070 Hz = 0 y 1.270 Hz = 1. Las frecuencias del que res-ponde son 2.025 Hz = 0 y 2.225 Hz = 1. La tasa de datos es 300 bps. La serie 113 es una varia-ción de la serie 103 con características de comprobación adicionales.


2.025 2.2251.2701.070

1.200600 3.0002.400387

1.800600 3.000

1.800600 3.000

0000

00010010

00110100

0101

01100111

10001001

1010 1011

1100

1101 1110

1111

00

11

10

01

1.800600 3.000000

001010

100101

110

111

011

1.200600 3.0002.400

0010

11

01

00 1 1

0 1

ASK

FSK

FSK

4-PSK

4-PSK

8-PSK

16-QAM

103

202

212

201

208

209

FDX300 baudios300 bps2-hilos

HDX1.200 baudios1.200 bps2-hilos

FDX600 baudios1.200 bps2-hilos

HDX/FDX1.200 baudios2.400 bps2/4-hilos

FDX1.600 baudios4.800 bps4-hilos


900 1.500 2.100 2.700

1.200 2.400

1.000 2.600

600 3.000920 1.420 1.875 2.375

Figura 6.26. Módem Bell.


Serie 202. La serie de módems Bell 202 opera en modo semidúplex sobre líneas tele-fónicas conmutadas bifilares. La transmisión es asíncrona, usando modulación FSK. Debidoa que la serie 202 es semidúplex, solamente se usa un par de frecuencias de transmisión: 1.200Hz = 0 y 2.400 Hz = 1.

Observe que la serie 202 incluye una frecuencia de transmisión secundaria que opera encada dirección a 387 Hz, usando una modulación ASK, con una tasa de datos de solamente 5 bps. Este canal es usado por el dispositivo receptor para decir al emisor que está conectadoy para enviar mensajes de interrupción que indiquen que hay que parar la transmisión (con-trol de flujo) o que solicitan el reenvío de datos (control de errores).

Serie 212. La serie de módems Bell 212 tiene dos velocidades. La opción de tener unasegunda velocidad permite la compatibilidad con un número más grande de sistemas. Ambasvelocidades operan en modo dúplex sobre líneas telefónicas conmutadas. La velocidad más len-ta, 300 bps, usa modulación FSK con transmisión asíncrona, igual que la serie 103/113. A lavelocidad más alta, 1.200 bps, puede operar tanto en modo síncrono como asíncrono y usa modu-lación 4-PSK. Mientras que los 1.200 bps son la misma tasa de datos ya conseguida por la serie202, la serie 212 consigue esa misma tasa en el dúplex además de en modo semidúplex.

Observe que cambiando de la modulación FSK a PSK los diseñadores incrementarondrásticamente la eficiencia de la transmisión.

En la serie 202, se usan dos frecuencias para enviar bits distintos en una dirección. En laserie 212, las frecuencias representan dos direcciones de transmisión distintas. La modula-ción se hace cambiando la fase de cada frecuencia, con cada una de los cuatro desplazamien-tos de fase representando dos bits.

Serie 201. Los módems de la serie 201 operan tanto en modo semidúplex sobre líneasconmutadas bifilares como en modo dúplex sobre líneas de cuatro cables. Todo el ancho debanda de la línea de dos hilos se dedica a una única dirección de transmisión. Las líneas decuatro hilos permiten el uso de dos canales completamente separados, uno en cada dirección,y su procesamiento a través de un único módem en cada extremo.

La transmisión es síncrona, usando modulación 4-PSK, lo que significa que solamentese necesita una frecuencia para transmitir sobre cada par de cables. Dividir las dos direccio-nes de transmisión en dos líneas físicamente separadas permite a cada dirección usar el anchode banda completo de la línea. Esto significa que usando esencialmente la misma tecnologíase dobla la tasa de datos a 2.400 bps (o 1.200 baudios) tanto en modo semidúplex como enmodo dúplex (2.400 bps sigue siendo la mitad de la máxima tasa de datos teórica para la modu-lación 4-PSK sobre líneas telefónicas bifilares).

Serie 208. Los módems de la serie 208 operan en modo dúplex sobre líneas dedicadas decuatro hilos. La transmisión es síncrona y se usa la modulación 8-PSK. Al igual que la serie 201,los módems de la serie 208 consiguen el estatus dúplex doblando el número de hilos usados ydedicando el equivalente de una línea completa a cada dirección de transmisión. La diferenciaque hay aquí es que la tecnología de modulación/demodulación es capaz de distinguir entre ochodesplazamientos de fase distintos. Este módem tiene una tasa de baudios de 1.600. Puesto quemaneja 3 bits por baudio (8-PSK crea tribits), esa tasa se traduce en una tasa de bits de 4.800 bps.

Serie 209. Los módems de la serie 209 operan en modo dúplex sobre una línea dedi-cada de cuatro cables. La transmisión es síncrona usando una modulación 16-QAM. Estosmódems consiguen un estatus dúplex doblando el número de hilos, de forma que cada direc-ción de transmisión tiene un canal concreto para sí misma. Sin embargo, esta serie permiteusar el ancho de banda total de cada canal. Y debido a que cada desplazamiento representa unquadbit, como cuando se usa 16-QAM, la tasa de datos es 9.600 bps.



Estándares de la ITU-T para módems

Actualmente, muchos de los módems más populares se basan en los estándares publicadospor la ITU-T. Para su estudio, estos módems se pueden dividir en dos grupos: los que sonesencialmente equivalentes a las series de módems Bell –por ejemplo, V.21 es similar al módemBell 103– y aquellos que no lo son. Los módems de la ITU-T que son compatibles con lasseries Bell se muestran en la Tabla 6.5 junto a sus equivalentes Bell.

Los módems ITU-T que no son equivalentes a los de las series Bell se describen a conti-nuación. Sus características se muestran en la Figura 6.27.

V.22bis. El término bis indica que este módem es la segunda generación de la serieV.22 (bis es en latín dos veces). El V.22bis es un módem de dos velocidades, lo que signi-fica que puede operar tanto a 1.200 como a 2.400 bps. La velocidad a usar depende de lavelocidad del DCE al otro extremo del intercambio de datos. Cuando un V.22bis recibedatos de un módem a 2.400 bps, opera en modo 2.400 bps para ser compatible con el otroextremo.

En el modo 1.200 bps, el V.22bis usa modulación 4-DPSK (dibit) con una tasa de trans-misión de 600 baudios. DPSK significa codificación por desplazamiento diferencial enfase, lo que significa que el patrón de bits define los cambios de fase, no la fase actual. Lasreglas para representar cada uno de los cuatro patrones de bits son los siguientes:

00 ⇒ cambio de fase de 90 grados




En el modo 2.400 bps, el V.22bis usa 16-QAM (quadbit) Los dos dígitos menos signifi-cativos de cada quadbit se modulan usando el mismo esquema diferencial descrito para latransmisión de 1.200 bps. Los dos bits más significativos se modulan basándose en un dia-grama de constelación como el que se muestra en la Figura 6.28.


ITU-T Bell Tasa de Baudios Tasa de Bits Modulación

V.21 103 300 300 FSK

V.22 212 600 1.200 4-PSK

V.23 202 1.200 1.200 FSK

V.26 201 1.200 2.400 4-PSK

V.27 208 1.600 4.800 8-PSK

V.29 209 2.400 9.600 16-QAM

Tabla 6.5. Compatibilidad ITU-T/Bell


V.32. El V.32 es una versión mejorada del V.29 (véase la Tabla 6.5) que usa una modu-lación combinada y una técnica de codificación denominada modulación codificada trellis.Trellis es esencialmente QAM más un bit de redundancia. El flujo de datos se divide en sec-ciones de cuatro bits. Sin embargo, en lugar de enviar un quadbit, se envía un quintbit (unpatrón de cinco bits). El valor del bit extra se calcula a partir de los valores de los cuatro bitsde datos anteriores.

En cualquier sistema QAM, el receptor compara cada punto de la señal recibida con todoslos puntos válidos de la constelación y selecciona el punto más cercano como valor de bit reci-bido. Una señal distorsionada por el ruido de la transmisión puede estar más cerca de un pun-to adyacente que del punto enviado en realidad, dando como resultado una identificación erró-nea del punto y un error en los datos recibidos. Cuanto más cerca estén los puntos en la cons-


1.800600 3.000


V.32terbo

FDX (pseudodúplex)2.400 baudios9.600 bps2-hilos

V.32

V.22bis

1.200600 3.000

FDX600 baudios1.200/2.400 bps2-hilos

1.800600 3.000

32-QAM (trellis)

1.800600 3.000


V.32bis

1.800600 3.000


V.33

1.800600 3.000


V.34

2.400

4-DPSK, 16-QAM2 velocidades: 1.200 bps usando4-DPSK o 2.400 bps usando16-QAM

32-QAM permite 5 bits por baudio4 bits de datos más un bitredundante

256-QAM

64-QAM

128-QAM (trellis) 128-QAM permite 7 bitspor baudio: 6 bits de datos másuno de redundancia

4096-QAM Velocidad estándar: 28.800 bpspero con compresión de datos puede conseguir velocidadestres veces mayores

El primer módem estándar con una tasa de datos de 14.400 bps

900 1.500 2.100 2.700

Figura 6.27. Estándares de la ITU-T para módems.


telación, más probable es que el ruido de la transmisión pueda dar como resultado errores en laidentificación de la señal. Añadiendo un bit redundante a cada quadbit, la modulación codifi-cada trellis incrementa la cantidad de información usada para identificar cada patrón de bits y,por tanto, reduce el número de equivalencias posibles. Debido a ello, es mucho menos proba-ble que una señal codificada trellis distorsionada por el ruido sea comparada con una señal nor-mal QAM. Algunos fabricantes de módems que se ajustan a la norma V.32 usan la facilidad tre-llis para proporcionar funciones tales como detección de errores o corrección de errores.

V.32 usa 32-QAM con una velocidad de 2.400 baudios. Debido a que solamente 4 bits decada quintbit representan datos, la velocidad resultante es 4 × 2.400 = 9.600 bps. Su diagra-ma de constelación se muestra en la Figura 6.29.

Los módems V.32 se pueden usar con una línea conmutada bifilar en lo que se denomina modopseudodúplex. El modo pseudodúplex se basa en una técnica denominada cancelación de eco.

V.32bis. El módem V.32bis fue el primero de los estándares ITU-T que proporcionótransmisión a 14.400 bps. El V.32bis usa transmisión 64-QAM (6 bits por baudio) con unatasa de 2.400 baudios (2.400 × 6 = 14.400 bps).

Una mejora adicional proporcionada por el V.32bis es la inclusión de una característicade retroceso y avance automático que permite al módem ajustar su velocidad hacia delante yhacia atrás dependiendo de la calidad de la línea de la señal.

V.32terbo. El V.32terbo es una versión mejorada del V.32bis (terbo es una modificaciónde la palabra ter, que en latín significa tercero). Usa 256-QAM para conseguir una tasa de bitsde 19.200 bps.


10 00

11

01

10

00 10

01 11

00

1011

01

0111

00

Figura 6.28. Constelación 16-QAM del V.22bis.

Figura 6.29. Constelación del V.32.


V.33. El V.33 se basa también en el V.32. Sin embargo, este módem usa modulacióncodificada trellis con 128-QAM a 2.400 baudios. Cada cambio de señal representa un patrónde siete bits: seis bits de datos y un bit redundante. Los seis bits de datos por cambio (baudio)dan una velocidad de 6 × 2.400 = 14.400 bps. El diagrama de constelación de este esquemase muestra en la Figura 6.30.

V.34. El módem V.34, algunas veces denominado V.fast, proporciona una tasa de bitsde 28.800 o 33.600 bps. Además, el V.34 proporciona compresión de datos, lo que permitetasas de datos dos o tres veces más altas que las de su velocidad normal.

V.42. El estándar V.42 adoptado por la ITU-T usa un protocolo denominado procedi-miento de acceso a enlace para módems (LAPM, Link Access Procedure for Modems).LAPM es una versión del protocolo de enlace de datos denominado HDLC, que se estudiaráen el Capítulo 11. El estándar usa un segundo protocolo denominado procedimiento de correc-ción de error para los DCE, protocolo que permite al módem corregir errores.

V.42bis. Después del V.42, la ITU-T adoptó el V.42bis. Este estándar incluye todas lascaracterísticas del V.42, pero añade también el método de compresión de Lempel-Ziv-Welch(que se trata en el Apéndice G). Los módems que usan este estándar pueden conseguir unarazón de compresión de 3:1 a 4:1. Observe que la tasa de datos del módem no se incrementa;la compresión permite al usuario enviar más bits en un periodo de tiempo predefinido.

Módems inteligentes

El objetivo de un módem es modular y demodular una señal. Sin embargo, muchos de losmódems actuales hacen más. En particular, hay una clase de módems, denominados módemsinteligentes, que contienen software para proporcionar un cierto número de funciones adi-cionales, tales como respuesta automática y marcado.

Los módems inteligentes fueron creados por Hayes Microcomputer Products, Inc. Recien-temente, han aparecido otros fabricantes que ofrecen productos denominados módems com-patibles con Hayes.

Las instrucciones del Hayes y de los módems compatibles con Hayes se denominan órde-nes AT (AT es una abreviatura de atención). El formato de la orden AT es:

AT orden [parámetro] orden [parámetro]…

Cada orden comienza con las letras AT seguidas por una o más órdenes, cada una de lascuales puede tener uno o más parámetros. Por ejemplo, para hacer que el módem marque elnúmero (408) 864-8902, la orden es TD4088648902.


Figura 6.30. Constelación del V.33.


En la Tabla 6.6 se muestran unas pocas órdenes de ejemplo. Esta lista representa única-mente un subconjunto pequeño de las órdenes disponibles.

6.5. MODEMS DE 56KLos módems tradicionales tienen limitaciones en la tasa de datos (con un máximo de 33,6Kbps), como se puede determinar usando la fórmula de Shannon (véase el Capítulo 7). Sinembargo, existen actualmente en el mercado módems nuevos, que se denominan módems de56K, que tienen una tasa de bits de 56.000 bps. Estos módems se pueden usar solamente siuno de los componentes de la comunicación está usando señalización digital (como hace, porejemplo, un proveedor de Internet). Son asimétricos en cuanto que la carga de datos (flujo dedatos del proveedor de Internet a la PC) tienen una tasa máxima de 56 Kbps, mientras la des-carga (flujo de datos de la PC al proveedor de Internet) tiene una tasa máxima de 33,6 Kbps.¿Violan estos módems el principio de capacidad de Shannon? No, lo que ocurre es que el enfo-que es distinto. Vamos a comparar ambos enfoques.

Módems tradicionalesVeamos qué ocurre cuando se usan módems tradicionales para enviar datos de una computa-dora en un lugar A a otra computadora situada en B y viceversa. Véase la Figura 6.31.

Del lugar A al lugar B

La transmisión de datos del lugar A al lugar B sigue los pasos siguientes:

1. Los datos digitales son modulados por el módem en A.


Orden Significado Parámetros

A Poner el módem en modo respuesta

B Usar V.22bis a 1200 bps

D Marcar el número El número a marcar

E Activar/desactivar la impresión de eco 0 o 1

H Activar el enganche del on/off del módem 0 o 1

L Ajustar el volumen del altavoz n

P Usar marcación por pulsos

T Usar marcación por tonos

Tabla 6.6. Órdenes AT


2. Los datos analógicos son enviados por el módem a la estación de conmutación de A usan-do el bucle local.

3. En la estación de conmutación, los datos analógicos se convierten en datos digitales usan-do PCM.

4. Los datos digitales viajan a través de la red digital de la compañía telefónica y llegan a laestación de conmutación de B.

5. Los datos digitales se convierten en analógicos, en la estación de conmutación de B, usan-do PCM inversa.

6. Los datos analógicos se envían de la estación de conmutación de B al módem que usa elbucle local.

7. Los datos analógicos son demodulados por el módem en B.

El factor que limita este proceso está en el paso 3. En este paso se cuantifica la señal ana-lógica para crear la señal digital. El ruido de cuantificación resultante de este proceso limitala tasa de datos a 33,6 Kpbs.

Del lugar B al lugar A

La transmisión de datos de B a A sigue los mismos pasos. De nuevo, el factor limitante es elpaso de cuantificación usando PCM.

Resultado

La tasa máxima de datos en cada dirección está limitada a 33,6 Kbps.

Módems de 56KSi uno de los extremos es un proveedor de Internet y la señal no pasa a través de un converti-dor PCM, se elimina la cuantificación en una dirección y la tasa de datos se puede incremen-tar a 56 Kbps (véase la Figura 6.32).


Modulador

Demodulador

Módem

A

B

Modulador

Demodulador

Módem

Bucle local

Bucle local

La modulación limita la velocidad de A a B

La cuantificación limita la velocidad de A a B

La cuantificación limitala velocidad de B a A

Redtelefónica

Estación de conmutación


PCM

PCMinversa

PCMinversa

PCM

Figura 6.31. Módems tradicionales.


Carga de datos

La transmisión de datos del abonado (A) al proveedor de Internet (B) (carga de datos) sigueestos pasos:

1. Los datos digitales son modulados por el módem de A.

2. Los datos analógicos son enviados desde el módem a la estación de conmutación de Apor el bucle local.

3. En la estación de conmutación, se convierten los datos a digitales usando PCM.

4. Los datos digitales viajan a través de la red digital de la compañía telefónica y son reci-bidos en la computadora del proveedor de Internet.

En este caso, el factor limitante es de nuevo el paso 3. Esto significa que no existe nin-guna mejora en este sentido de la comunicación. Sin embargo, el usuario no necesita una tasade datos tan alta, puesto que en esta dirección solamente viajan pequeños bloques de datos(como correo electrónico y ficheros pequeños).

Descarga de datos

La transmisión de datos del proveedor de Internet (B) al módem en el sitio A (descarga dedatos) tiene los pasos siguientes:

1. Los datos digitales son enviados por la computadora del proveedor de Internet a través dela red telefónica digital.

2. Los datos digitales se convierten en analógicos en la estación de conmutación, usandoPCM inversa.

3. Los datos analógicos se envían desde la estación de conmutación de A al módem del buclelocal.

4. Los datos analógicos son demodulados por el módem en A.


Enlace digitalProveedor de

Internet Internet

Modulador

Demodulador

Módem

A

Bucle local

La cuantificación limitala velocidad de descarga

Redtelefónica


PCM

PCMinversa

Figura 6.32. Módems 56K.


Observe que en esta dirección no hay cuantificación de datos usando PCM. Aquí no exis-te la limitación existente en la carga; los datos se pueden enviar a 56 Kbps. Esto es lo que elusuario está buscando, puesto que habitualmente lo que suele existir es descarga de archivosgrandes desde Internet.

Resultado

La máxima tasa de datos de salida sigue siendo 33,6 Kbps, pero la tasa de datos en la direc-ción de entrada es de 56 Kbps.

¿Por qué solo 56 Kbps?Ya que estos módems no están limitados en la carga de datos por la fórmula de capacidad de Shan-non, ¿por qué 56 Kbps? ¿Por qué no más? La respuesta yace en la forma en que las compañíastelefónicas digitalizan la voz. Las estaciones de conmutación usan PCM y PCM inversa, reali-zando 8.000 muestras por segundo con 128 niveles distintos (7 bits por muestra). Esto da comoresultado una tasa de datos de 56 Kbps (8.000 × 7 = 56.000) en la estación de conmutación.

6.6. MÓDEM DE CABLELa limitación de la tasa de datos de los módems tradicionales se debe principalmente al reducidoancho de banda de la línea telefónica del bucle local (hasta 4 KHz). Si hubiera disponible un anchode banda mayor, se podrían diseñar módems capaces de manejar tasas de datos mucho más altas.

Afortunadamente, la televisión por cable utiliza cables coaxiales en las residencias fami-liares, cables que tienen un ancho de banda de hasta 750 MHz, y algunas veces más. Este anchode banda se divide normalmente en bandas de 6 MHz usando multiplexación por división defrecuencia (véase el Capítulo 8). Cada banda proporciona un canal de televisión. Se puedendedicar dos bandas para permitir al usuario cargar y descargar información de Internet.

La Figura 6.33 muestra el concepto de módem de cable. En lugar de usar la caja de cablestradicional, se utiliza un separador. Este separador envía las bandas de televisión a la televi-sión y las bandas de acceso a Internet al PC.


Separador

Descarga y carga

TV por cable Caja del cable Tarjeta

de red

Figura 6.33. Módem de cable.


Descarga de datosLa descarga de datos requiere habitualmente un ancho de banda de 6 MHz en el rango porencima de los 40 MHz. La técnica de demodulación usada es 64-QAM (6 bits cada vez). Estosignifica que el usuario puede recibir información con una frecuencia de

6 MHz × 6 = 36 Mbps

Sin embargo, las PCs no son todavía capaces de recibir datos a esta velocidad. Actual-mente la tasa está entre los 3 y los 10 Mbps.

Carga de datosLa carga de datos necesita un ancho de banda de 6MHz situado en un rango por debajo delos 40 MHz. A esta frecuencia tan baja, los electrodomésticos pueden crear un entorno rui-doso que afecta a la modulación. La técnica de modulación que se usa normalmente esQPSK (4 bits cada vez). Esto significa que un usuario puede enviar información con unavelocidad de

6 MHz × 2 = 12 Mbps

En la actualidad, la tasa de salida está entre los 500 Kbps y 1 Mbps.

6.7. TÉRMINOS Y CONCEPTOS CLAVE


ancho de banda del mediobit de iniciobit de paradacarga de datoscodificación con desplazamiento diferencial

de fase (DPSK)DB-15DB-25DB-37DB-9demodulacióndemoduladordescarga de datosEIA-232EIA-449EIA-530equipo terminal del circuito de datos (DCE)equipo terminal de datos (DTE)estándar RS-422estándar RS-423interfazmódemmódem 56Kmódem compatible Hayes

módem de cablemódem inteligentemódem nulomódems Bellmodulaciónmodulación codificada trellismoduladorprocedimiento de acceso a enlaces para

módem (LAPM)series Vtransmisión asíncronatransmisión paralelatransmisión serietransmisión síncronaV.21V.22V.22bisV.32V.32bisV.34V.42V.42bisX.21


6.8. RESUMEN■ La transmisión digital se puede efectuar en modo serie o paralelo.

■ En la transmisión paralela, se envía un grupo de bits simultáneamente, con una línea espe-cífica para cada bit.

■ En la transmisión serie hay una única línea y todos los bits se envían secuencialmente.

■ La transmisión serie puede ser síncrona o asíncrona.

■ En la transmisión serie asíncrona, cada byte (grupo de 8 bits) se enmarca con un bit deinicio y un bit de parada. Puede haber un intervalo de longitud variable entre cada byte.

■ En la transmisión serie síncrona, los bits se envían en un flujo continuo sin bits de inicioy de parada y sin intervalos entre los bytes. Reagrupar los bits en bytes significativos esresponsabilidad del receptor.

■ Un DTE (equipo terminal de datos) es un origen o destino para datos digitales binarios.

■ Un DCE (equipo terminal del circuito de datos) recibe datos de un DTE y los cambia auna forma apropiada para la transmisión por la red. También puede efectuar la transfor-mación inversa.

■ Una interfaz DTE-DCE queda definida por sus características mecánicas, eléctricas y fun-cionales.

■ El estándar EIA-232 define una interfaz DTE-DCE ampliamente empleada que usa un conec-tor de 25 patillas (DB-25), cada uno de las cuales tiene una función específica. Las funcio-nes se pueden clasificar como tierra, datos, control, temporización, reservadas y sin asignar.

■ El estándar EIA-449 proporciona una tasa de datos y una capacidad de distancia mayorque el estándar EIA-232.

■ El estándar EIA-449 define un conector de 37 patillas (DB-37) usado por el canal pri-mario; el canal secundario tiene su propio conector de 9 patillas.

■ Los patillas del DB-37 se dividen en Categoría I (patillas compatibles con EIA-232) yCategoría II (patillas nuevas no compatibles con EIA-232).

■ Las especificaciones eléctricas del EIA-449 se definieron en los estándares RS-423 y RS-422.

■ El RS-422 es un circuito balanceado con dos líneas para propagación de señal. La degra-dación de la señal por ruido es menos problemática en el RS-422 que en el RS-423.

■ El X.21 elimina muchas de las patillas de control de las interfaces enviando la informa-ción de control sobre las patillas de datos.

■ Un módem nulo conecta dos DTE cercanos y compatibles que no necesitan redes o modu-lación.

■ Un módem es un DCE que modula y demodula señales.

■ Un módem transforma señales digitales en analógicas usando modulación ASK, FSK,PSK o QAM.

■ Las propiedades físicas de la línea de transmisión limitan las frecuencias de las señalesque se pueden transmitir.

■ Una línea telefónica regular usa frecuencias entre los 600 Hz y los 3000 Hz para la trans-misión de datos. Requiere un ancho de banda de 2400 Hz.



■ La modulación ASK es especialmente susceptible al ruido.

■ Debido a que usa dos frecuencias portadoras, la modulación FSK necesita más ancho debanda que la ASK y la PSK.

■ La modulación PSK y QAM tienen dos ventajas sobre ASK:a. No son susceptibles al ruido.b. Cada cambio de señal puede representar más de un bit.

■ Los módems más populares actualmente han sobrepasado las capacidades de los antiguosmódems Bell y se basan en los estándares definidos por la ITU-T (las series V).

■ La codificación trellis es una técnica que usa la redundancia para conseguir una tasa deerrores baja.

■ Un módem inteligente contiene software que permite realizar funciones adicionales a lamodulación y demodulación.

■ Los módems a 56K son asimétricos; reciben datos a una velocidad de 56 Kbps y los envíana una velocidad de 33,6 Kbps.

■ El cable coaxial usado para la televisión por cable puede proporcionar a los clientes un mediocon gran ancho de banda (y, por tanto, gran tasa de datos) para la comunicación de datos.

6.9. MATERIAL PRÁCTICO

Preguntas de revisión1. Explique los dos modos de transmisión de datos binarios a través de un enlace.2. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la transmisión paralela?3. Compare los dos métodos de transmisión serie. Discuta las ventajas y desventajas de

cada uno.4. ¿Cuáles son las funciones de un DTE? ¿Cuáles son las funciones de un DCE? Dé un

ejemplo de cada uno. 5. ¿Qué organizaciones de estandarización estuvieron involucradas en el desarrollo de las

interfaces estándares DTE-DCE?6. Nombre algunos estándares populares DTE-DCE.7. ¿Qué implementaciones hay disponibles del EIA-232? ¿Por qué son distintas?8. ¿Cuál es el objetivo de un módem nulo?9. Describa las patillas de datos de un módem nulo.

10. Compare el RS-423 con el RS-422.11. ¿Cómo puede el X.21 eliminar la mayor parte de los circuitos de control de los están-

dares de la EIA.12. ¿Qué significa el término módem?13. ¿Cuál es la función de un modulador? ¿Cuál es la función de un demodulador?14. ¿Qué factores afectan a la tasa de datos de un enlace?15. Defina el ancho de banda de una línea. ¿Cuál es el ancho de banda de la línea telefóni-

ca tradicional?16. ¿Qué es un módem inteligente?17. Explique la simetría de los módems de 56K.18. ¿Cómo consigue un módem de cable un ancho de banda tan grande?



19. ¿Cuál es la diferencia entre un canal primario y uno secundario de un módem?20. ¿Por qué hay pares de patillas de envío de datos, envío de temporización y recepción de

datos en el conector DB-37?21. ¿Cuál es la diferencia entre un circuito balanceado y un circuito desbalanceado?22. ¿Cuál es la relación entre la tasa de datos y la distancia que los datos pueden viajar de

forma fiable por una interfaz EIA?23. La transmisión de los caracteres de un terminal a la computadora central es asíncrona.

Explique por qué.24. ¿Qué describe la especificación mecánica del EIA-232?25. ¿Qué describe la especificación eléctrica del EIA-232?26. ¿Qué describe la especificación funcional del EIA-232?27. De acuerdo al estándar EIA-449, ¿cuál es la diferencia entre las patillas de Categoría I

y Categoría II?28. ¿Por qué son necesarios los módems para las comunicaciones telefónicas?29. En una línea telefónica bifilar, ¿por qué la transmisión dúplex tiene la mitad de la tasa

de bits de la transmisión semidúplex?30. FSK es una buena elección para los módems de baja velocidad. Explique por qué no es

adecuado para los módems de alta velocidad.31. Explique la diferencia en la capacidad de transmisión cuando se usa una línea de cua-

tro hilos en lugar de una línea bifilar.32. El ancho de banda mínimo de una señal ASK podría ser igual a la tasa de bits. Explique

por qué esto es imposible en FSK.

Preguntas con respuesta múltiple33. En la transmisión _____, los bits se transmiten simultáneamente, cada uno a través de

su propio hilo. a. serie asíncronab. serie síncronac. paralelad. a y b

34. En la transmisión _____, los bits se transmiten a través de un único hilo, uno cada vez. a. serie asíncronab. serie síncronac. paralelad. a y b

35. En la transmisión _____, se enmarca cada byte con un bit de inicio y un bit de termina-ción.a. serie asíncronab. serie síncronac. paralelad. a y b

36. En la transmisión asíncrona, el intervalo entre los bytes es _____.a. fijob. variable c. una función de la tasa de datosd. cero



37. La transmisión síncrona no tiene _____.a. bit de iniciob. bit de paradac. intervalo entre bytesd. todo lo anterior

38. Un _____ es un dispositivo que es origen o destino para datos digitales binarios.a. equipo terminal de datosb. equipo de transmisión de datosc. codificador terminal digitald. equipo de transmisión digital

39. Un _____ es un dispositivo que transmite o recibe datos en forma de señal analógica odigital a través de una red.a. equipo de conexión digitalb. equipo terminal del circuito de datosc. equipo de conversión de datosd. equipo de comunicación digital

40. El EIA-232 define las características _____ de la interfaz DTE-DCE.a. mecánicas b. eléctricasc. funcionalesd. todas las anteriores

41. El método de codificación especificado en el estándar EIA-232 es _____.a. NRZ-I b. NRZ-Lc. Manchesterd. Manchester diferencial

42. El estándar EIA-232 especifica que 0 debe ser _____ voltios.a. mayor que –15b. menos que –15c. entre –3 y –15d. entre 3 y 15

43. La interfaz EIA-232 tiene _____ patillas.a. 20b. 24c. 25d. 30

44. Los datos se envían por la patilla ____ de la interfaz EIA-232.a. 2b. 3c. 4d. todas las anteriores

45. La mayoría (13) de las patillas de la interfaz EIA-232 se usan para tareas de____.a. controlb. temporizaciónc. datosd. pruebas

46. En el estándar EIA-232 ¿qué representa un valor de –12 V en un patilla de datos?



a. 1b. 0c. indefinidod. 1 o 0 dependiendo del esquema de codificación.

47. ¿Cuáles de las patillas siguientes son necesarias previamente a la transmisión dedatos?a. petición de envío (4) y listo para enviar (5)b. detector de señal de recepción de línea (8)c. DTE listo (20) y DCE listo (6)d. todos los anteriores

48. ¿Qué patilla es necesaria para probar el bucle local?a. el bucle local (18)b. bucle remoto y detector de calidad de señal (21)c. modo de prueba (25)d. a y c

49. ¿Qué patilla es necesaria para probar el bucle remoto?a. bucle remoto y detector de calidad de señal (21) b. el bucle local (18)c. modo de prueba (25)d. a y c

50. ¿Qué patillas no se usan actualmente?a. 9b. 10 c. 11 d. todas las anteriores

51. ¿Qué patillas son usadas por el canal secundario?a. 12b. 13c. 19d. todas las anteriores

52. El estándar ____ especifica una longitud máxima de cable de 50 pies.a. EIA-449b. EIA-232c. RS-423d. RS-422

53. De acuerdo al estándar EIA-449 es posible usar una longitud de cable entre los 40 piesy los _____ pies.a. 50b. 500c. 4000d. 5000

54. La tasa de datos máxima para el RS-422 es _____ veces que la tasa de datos máximadel RS-423.a. 0,1b. 10c. 100d. 500



55. En el circuito RS-422, si el ruido cambia de un voltaje de 10 V a 12 V, su complemen-to debería tener un valor de _____ V.a. –2b. –8 c. –10d. –12

56. Si un ruido de 0,5 V corrompe un bit de un circuito RS-422, se añadirán _____ voltiosal bit complementario.a. –1,0b. –0,5 c. 0,5 d. 1,0

57. El X.21 elimina muchas de las patillas de ____ que se encuentran en los estándares EIA.a. datosb. temporizaciónc. control d. tierra

58. El X.21 usa un conector _____.a. DB-15b. DB-25c. DB-37 d. DB-9

59. La información de control (distinta del saludo) se envía casi siempre en el estándar X.21a través de las patillas de _____.a. datos b. temporización c. controld. tierra

60. Un módem nulo conecta la patilla de transmisión de datos (2) de un DTE a la _____.a. patilla de recepción de datos (3) del mismo DTEb. patilla de recepción de datos (3) de otro DTEc. patilla de transmisión de datos (2) de otro DTEd. una señal de tierra de otro DTE

61. Si hay dos DTE cercanos y compatibles que se pueden transmitir datos que no necesi-tan ser modulados, una buena interfaz a usar sería _____.a. un módem nulob. un cable EIA-232c. un conector DB-45d. un transceptor

62. Dada una línea de transmisión en la que H es la frecuencia más alta y L es la frecuen-cia más baja, el ancho de banda de la línea es _____.a. Hb. Lc. H - Ld. L - H

63. En una línea telefónica, el ancho de banda de la voz es habitualmente _____ el anchode banda que se usa para datos.



a. equivalente ab. menor quec. mayor qued. dos veces

64. Para una tasa de bits dada, el ancho de banda mínimo para ASK es _____ el ancho debanda mínimo para FSK.a. equivalenteb. menor quec. mayor qued. dos veces

65. A medida que se incrementa la tasa de bits de una señal FSK, el ancho de banda ____.a. se decrementab. incrementac. sigue siendo el mismod. se dobla

66. En FSK, a medida que se incrementa la frecuencia de las dos portadoras, el ancho debanda _____.a. se decrementab. se incrementac. es el mismod. se divide por la mitad

67. ¿Cuál de las siguientes técnicas de modulación se usa en los módems?a. 16-QAMb. FSKc. 8-PSKd. todas las anteriores

68. La modulación 2-PSK necesita habitualmente _____ el FSK para conseguir la mismatasa de datos.a. más ancho de banda queb. menos ancho de banda quec. el mismo ancho de banda qued. una orden de magnitud de ancho de banda más que

69. ¿Cuál de los módems siguientes usa modulación FSK?a. Bell 103b. Bell 201c. Bell 212 d. todos los anteriores

70. ¿Qué módem estándar ITU-T usa la codificación de trellis?a. V.32b. V.33c. V.34d. a y b

71. En la codificación trellis el número de bits de datos es _____ el número de bits transmitidos.a. igual ab. menor quec. más qued. doble que



72. Para el estándar V.22bis, usando su velocidad más baja, si se está actualmente en eltercer cuadrante y el siguiente dibit es 11, hay un cambio de fase de _____ grados.a. 0b. 90c. 180d. 270

73. ¿Cuál es el propósito de la codificación trellis?a. estrechar el ancho de bandab. simplificar la modulaciónc. incrementar la tasa de datosd. reducir la tasa de error

74. En la modulación _____, los cambios de fase son función del patrón de bit actual y dela fase de los patrones de bits anteriores.a. FSKb. PSKc. DPSKd. ASK

75. ¿Para qué tipo de señal la tasa de bits es siempre igual a la tasa de baudios?a. FSKb. QAMc. 4-PSKd. todos los anteriores

76. Un modulador convierte una señal ____ a una señal ____.a. digital; analógicab. analógica; digitalc. PSK; FSKd. FSK; PSK

77. La implementación DB-9 del estándar EIA-232 se usa en una conexión _____.a. asíncrona sencillab. síncrona sencillac. símplexd. ninguna de las anteriores

78. El estándar _____ usa el protocolo LAPM.a. V.32b. V.32bisc. V.34d. V.42

79. El estándar _____ usa el método de compresión Lempel-Ziv-Welch.a. V.32b. V.32bisc. V.42d. V.42bis

80. Un módem de 56K puede recibir datos en una tasa de ____ Kbps y emitir datos con unatasa de _____ Kbps.a. 33,6; 33,6b. 33,6; 56,6c. 56,6; 33,6d. 56,6; 56,6



81. Los usuarios conectados a Internet a través de un proveedor de televisión por cable pue-den tener una tasa de datos mayor debido a _____.a. la modulación en la estación de conmutaciónb. la modulación en el proveedor de serviciosc. la modulación AMId. alto ancho de banda del cable coaxial

Ejercicios

82. Si se quieren transmitir 1.000 caracteres ASCII (véase el Apéndice A) asíncrona-mente, ¿cuál es el número mínimo de bits extra necesarios? ¿Cuál es la eficiencia enporcentaje?

83. La letra A del código ASCII (véase el Apéndice) se envía usando la interfaz estándarEIA-232 y la transmisión síncrona. Dibuje una gráfica de la transmisión (amplitud fren-te a tiempo) asumiendo una tasa de bits de 10 bps.

84. Dibuje una gráfica en el dominio del tiempo para el patrón de bits 10110110 como apa-recería en un circuito RS-422. Asuma que 1 es 5 voltios y 0 es –5 voltios. Dibuje tam-bién el complemento.

85. Usando los datos del problema anterior, asuma que el primer y el último bit están con-taminados por 1 voltio de ruido. Dibuje ambas líneas y dibuje la diferencia del comple-mento de la señal.

86. Cree una tabla de dos columnas. En la primera columna, liste las patillas del conectorDB-9 definido por el EIA-232. En la segunda columna, liste las patillas correspondien-tes al conector DB-25 definido por el EIA-232.

87. Un módem de cable imaginario tiene un canal de 6 MHz para cada canal de TV porcable. Usa 128-QAM para descarga de datos y 8-PSK para carga. ¿Cuál es la tasa de bitsen cada dirección? Observe que se usa la misma banda para cargar y descargar.

88. Escriba una orden Hayes que marque el número 864-8902 y ajuste el volumen del alta-voz al nivel 10.

89. Escriba una orden Hayes que marque el número (408)864-8902 y active la impresión deeco.

90. Repita el ejercicio 89 pero desactive la impresión de eco.91. ¿Cuántas patillas son necesarias si se usa la norma DB-25 en modo asíncrono con un

único canal?92. ¿Cuántas patillas son necesarias si se usa la norma DB-25 en modo síncrono con un úni-

co canal?93. ¿Cuántas patillas son necesarias para el canal secundario DB-25?94. Rehaga el ejemplo de la Figura 6.12 del texto usando transmisión asíncrona.95. Rehaga el ejemplo de la Figura 6.12 usando un conector DB-9.96. Si se usa el RS-423 (en modo desbalanceado), ¿cuál es la tasa de datos si la distancia

entre el DTE y el DCE es 1.000 pies?97. Si se usa el RS-422 (modo balanceado), ¿cuál es la tasa de datos si la distancia entre el

DTE y el DCE es 1.000 pies?98. ¿Qué mejora en la tasa de datos se puede conseguir sobre 1.000 pies si nos movemos de

RS-423 a RS-422?99. Muestre el patrón de bits en una transmisión asíncrona con un bit de inicio y un bit de

parada si los datos a enviar son «hola». Use código ASCII (Apéndice A).



100. Algunos módems envían 4 bits por carácter (en lugar de 8) si los datos son puramentenuméricos (dígitos de 0 a 9). Muestre cómo se puede hacer esto usando la tabla ASCIIen el Apéndice A.

101. La prueba de bucle local comprueba el funcionamiento del DCE local (módem). Paraello se envía una señal del DTE local al DCE local y se devuelve al DTE local. Dibujeuna figura y muestre qué patillas del EIA-232 se usan para llevar a cabo esta prueba.

102. La prueba de bucle remoto comprueba la operación de un DCE remoto (módem). Paraello se envía una señal del DTE local al DCE local, del DCE local al DCE remoto (a tra-vés de la red telefónica) y después se devuelve. Dibuje una figura que muestre qué pati-llas del EIA-232 se usan para esta prueba.




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Transmisión de datos digitales: interfaces y módems · 2004-11-22 · aplicaciones de alta velocidad como la transmisión de datos de una computadora a otra. La sincronización